Исследование нагрузочной способности соединений с натягом

Внедрение: 2012 г.

Установка измерительная LTR была применена в натурных экспериментах, описанных в кандидатской диссертации Синицыной В.В. «Исследование и обеспечение нагрузочной способности соединений с натягом под действием изгибающего момента и вращения», защищённой  на кафедре «Мехатронные системы» ИжГТУ имени М.Т. Калашникова.

Исследования проводились на экспериментальной установке, схема которой представлена на рисунке 1. Основными элементами экспериментальной установки являются: токарный станок с числовым программным управлением ИТ-42, специально разработанное нагружающее-измерительное устройство, измерительный комплекс (на базе Установки измерительной LTR с АЦП  LTR212) и силоизмерительного тензодатчика Мерадат К‑С‑18М‑0,1‑СЗ, ПК со специализированным ПО для обработки данных в реальном времени. Начало выпрессовки и перемещение вала фиксировалось концевым индикатором движения часового типа «КИ» с ценой деления 0,01 мм. Частота вращения соединения в ходе эксперимента составляла 2000 об./мин. Нагружение изгибающим моментом производилось ступенчато путем увеличения консольной силы с контролем приращения изгибающей силы.

Рисунок 1. Схема экспериментальной установки: 1 – кулачки патрона станка; 2 – втулка; 3 – вал; 4 – подшипник; 5 – индикатор движения часового типа; 6 – нагружающее-измерительное устройство; 7 – резцедержатель станка.

Результаты 2-х серий натурных экспериментов подтвердили результаты теоретических исследований этой диссертации.

На рисунке 2б из теоретической модельной части диссертации показано приложение изгибающей нагрузки по периметру торцевого сечения выступающей части вала.

Рисунок 2. Схема деления деталей соединения с натягом на конечные элементы (а): 1 – вал, 2 – втулка; схема приложения изгибающей нагрузки (б).

Установлено, что перераспределение напряжений при нагружении изгибающим моментом может привести к уменьшению значений контактных давлений до нуля в области торца соединения (рисунок 4а). В результате происходит раскрытие стыка соединения. За зоной раскрытия стыка наблюдается зона микроскольжения (рисунок 3б). Участки микроскольжения также присутствуют у противоположного торца соединения.

Рисунок 3. Контактные давления в соединении, Па (а) и состояние контакта при комплексном нагружении изгибающим моментом и вращением: 1 – область раскрытия стыка; 2 – область скольжения; 3 – область сцепления.

Выявлено, что на контактных поверхностях вала и втулки после самораспрессовки имеются следы фреттинг-коррозии, многочисленные задиры (рисунок 4). Следы фреттинг-коррозии у торцов соединения подтверждают теоретическую модель распространения микроскольжения.

Рисунок 4. Фото контактной поверхности после самораспрессовки соединений с натягом втулки (а) и место разрушения вала при нагружении вращением и изгибающим моментом (б).

Источник:

Синицына В.В. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук «Исследование и обеспечение нагрузочной способности соединений с натягом под действием изгибающего момента и вращения». – Ижевск. – 2012. – С. 24. 

Разработчик: В.В. Синицына